KR20110092397A - 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법 - Google Patents

해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 복수의 해상 풍력 발전기에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 상기 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 상기 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 각각 설치되어 있는 무효 전력 보상기에서 전력의 전압을 측정하여 무효 전력 보상 제어기로 전송하면, 무효 전력 보상 제어기가 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족하는 지를 판단하여, 수신한 전압값이 그리드 코드를 만족하지 않으면, 무효 전력 보상기로 구동 신호를 생성하여 전송하고, 무효 전력 보상 제어기로부터 구동 신호를 전송받은 상기 무효 전력 보상기는 수신한 구동 신호에 따라 무효 전력을 보상하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 해상 풍력 발전기에서 생성된 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되지 않을 경우, 무효 전력을 보상하여 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되도록 함으로서, 해상 풍력 발전기가 계통에서 탈락되지 않고 발전을 계속 수행할 수 있게 되며, 전력 품질의 저하없이 계통으로 전력을 전송할 수 있게 된다.

Description

해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMPENSATING REACTIVE POWER IN OFFSHORE WIND POWER SYSTEM}
본 발명은 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 해상 풍력 발전기에서 생성한 출력 전력의 전압이 계통(Power Grid)이 요구하는 그리드 코드에 부합되지 않을 경우, 무효 전력 보상을 통해 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되도록 하여 해상 풍력 발전기가 계통과 연결되어 계속 발전을 수행할 수 있도록 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.
해상 풍력 발전 시스템은 해상에 풍력 발전기를 건설하여 회전 에너지를 전기 에너지로 변환한 후, 변환된 전기 에너지를 육지로 전송하는 시스템으로, 도 1은 종래 기술에 따른 해상 풍력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 1에서, 해상 풍력 발전기(1)는 해상에 설치되어 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전기 에너지를 얻어낸다.
콜렉터 버스(2)는 각각의 해상 풍력 발전기(1)에서 생산된 전기 에너지를 하나의 모선 형태로 모아서, 이를 육상에 설치된 변전소(3)에 전송한다.
변전소(Sub-Station)(3)는 계통(Power Grid)(4)과 해상 풍력 발전기(1)가 연계되는 연계점에 설치되어, 해상 풍력 발전기(1)에서 생산된 전력을 해상 풍력 발전 시스템과 연결된 계통(4)에 공급하기에 적합한 형태로 변환하여 계통으로 전송한다.
전술한, 해상 풍력 발전기(1)는 풍향 또는 풍속 등의 환경적 요인에 크게 영향을 받기 때문에 출력 전력량이 급격하게 변하게 된다.
이와 같이, 환경적 요인에 따라 해상 풍력 발전기(1)가 계통(4)의 주파수보다 낮게 회전하는 경우, 계통(4)으로부터 무효 전력을 흡수하게 되어 계통(4)과 해상 풍력 발전기(1)가 연계되는 연계점인 변전소(3)에서 주파수 및 전압이 불안정해져, 계통(4) 측으로 인가되는 전력의 품질이 저하될 뿐만 아니라, 저전압으로 인해 해상 풍력 발전기(1)가 계통(4)에서 탈락하게 된다.
한편, 해상 풍력 발전 시스템의 설치 규모가 점차 대형화되면서 발전 용량이 증가함에 따라, 해상 풍력 발전 시스템의 안정성과 지속성은 전력을 전송받는 계통의 특성에 영향을 줄 만큼 중요해졌다.
즉, 대규모 해상 풍력 발전 시스템이 계통에서 탈락하게 되는 경우에는 계통에 미치는 영향이 상당하여, 계통에 대규모 정전사태를 유발시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 해상 풍력 발전기에서 생성된 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되지 않을 경우, 무효 전력을 보상하여 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되도록 함으로서, 해상 풍력 발전기가 계통에서 탈락하지 않고, 연결을 유지하여 발전을 계속 수행할 수 있도록 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해당 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치는, 복수의 해상 풍력 발전기에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 상기 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 상기 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 각각 설치되어, 수집된 전력의 전압을 측정하는 무효 전력 보상기와; 상기 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여, 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 상기 무효 전력 보상기를 제어하여 무효 전력을 보상하는 무효 전력 보상 제어기를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 무효 전력 보상기는, 수집된 전력의 전압을 측정하는 전압 측정부와; 상기 전압 측정부에서 측정된 전압값을 상기 무효 전력 보상 제어기로 전송하는 송신부와; 상기 무효 전력 보상 제어기로부터 구동 신호를 수신하는 수신부와; 상기 수신부를 통해 수신한 구동 신호에 따라 구동되어 무효 전력을 보상하는 무효 전력 보상부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 무효 전력 보상 제어기는, 상기 복수의 무효 전력 보상기로부터 측정된 전압값을 수신하는 수신부와; 상기 수신부를 통해 어느 한 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여, 상기 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여 상기 무효 전력 보상기로 전송하는 제어부와; 상기 제어부로부터 인가받은 구동 신호를 상기 무효 전력 보상기로 전송하는 송신부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 방법은, 복수의 해상 풍력 발전기에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 상기 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 상기 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 각각 설치되어 있는 무효 전력 보상기에서 수집된 전력의 전압을 측정하여 무효 전력 보상 제어기로 전송하는 과정과; 상기 무효 전력 보상 제어기에서 상기 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족하는 지를 판단하는 과정과; 상기 판단결과 상기 전압값이 상기 그리드 코드를 만족하지 않는 경우에는, 무효 전력을 보상하기 위해 상기 무효 전력 보상 제어기에서 상기 무효 전력 보상기로 구동 신호를 생성하여 전송하는 과정과; 상기 무효 전력 보상 제어기로부터 상기 구동 신호를 전송받은 상기 무효 전력 보상기에서 상기 구동 신호에 따라 무효 전력을 보상하는 과정을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법에 따르면, 해상 풍력 발전기에서 생성된 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되지 않을 경우, 무효 전력을 보상하여 출력 전력의 전압이 계통이 요구하는 그리드 코드에 부합되도록 함으로서, 해상 풍력 발전기가 계통에서 탈락되지 않고 발전을 계속 수행할 수 있게 되며, 전력 품질의 저하없이 계통으로 전력을 전송할 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 해상 풍력 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 무효 전력 보상기의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 무효 전력 보상 제어기의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 방법을 설명하기 위한 처리도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 2에서 무효 전력 보상기(100)는 복수의 해상 풍력 발전기(10)에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선(20)과, 복수의 모선(20)으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스(30)와, 콜렉터 버스(30)를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소(40)에 각각 설치되어, 수집된 전력의 전압을 측정한 후, 측정된 전압값을 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송한다.
또한, 무효 전력 보상기(100)는 무효 전력 보상 제어기(200)로부터 수신한 구동 신호에 따라 무효 전력을 보상한다.
한편, 무효 전력 보상 제어기(200)는 무효 전력 보상기(100)로부터 전압값을 수신하게 되면, 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하고, 판단결과 전압값이 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여, 이를 무효 전력 보상기(100)로 전송한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 무효 전력 보상기의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 3에서, 전압 측정부(110)는 수집된 전력의 전압을 측정한 후, 측정된 전압값을 송신부(120)를 통해 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송한다.
전술한, 전압 측정부(110)는 무효 전력 보상기(100)가 복수의 해상 풍력 발전기(10)에 의해 발생한 전력을 수집하는 모선(20)에 설치되어 있는 경우에는 모선(20)에서 수집한 전력의 전압을 측정하여 이를 송신부(120)를 통해 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송하고, 무효 전력 보상기(100)가 복수의 모선(20)으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스(30)에 설치되어 있는 경우에는 콜렉터 버스(30)에서 수집한 전력이 전압을 측정하여 이를 송신부(120)를 통해 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송하고, 무효 전력 보상기(100)가 콜렉터 버스(30)를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통(50)으로 전송하는 변전소(40)에 설치되어 있는 경우에는 수집된 전력의 역률 및 전압을 측정하여 이를 송신부(120)를 통해 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송한다.
송신부(120)는 전압 측정부(110)에서 측정된 전압값을 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송한다.
수신부(130)는 무효 전력 보상 제어기(200)로부터 구동 신호를 수신하여 이를 무효 전력 보상부(140)로 전달한다.
무효 전력 보상부(140)는 수신부(130)를 통해 수신한 구동 신호에 따라 구동되어 무효 전력을 보상한다.
도 4는 본 발명에 적용되는 무효 전력 보상 제어기의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 4에서, 수신부(210)는 복수의 무효 전력 보상기(100)로부터 측정된 전압값을 수신하여 이를 제어부(220)로 인가한다.
송신부(230)는 제어부(220)로부터 인가받은 구동 신호를 해당 무효 전력 보상기(100)로 전송한다.
제어부(220)는 수신부(210)를 통해 어느 한 무효 전력 보상기(100)로부터 전압값을 수신하게 되면, 수신한 전압값이 계통(50)에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하고, 판단결과 전압값이 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 송신부(230)를 통해 해당 무효 전력 보상기(100)로 전송한다.
전술한, 제어부(220)는 변전소(40)에 설치된 무효 전력 보상기(100)로부터 역률 및 전압값을 수신하게 되는 경우에는, 수신한 역률 및 전압값이 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여 역률 및 전압값이 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는, 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여 이를 변전소(40)에 설치된 무효 전력 보상기(100)로 전송한다.
식별 정보 DB(240)는 각각의 무효 전력 보상기(100)에 부여된 식별 정보를 저장하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 방법을 설명하기 위한 처리도이다.
우선, 복수의 해상 풍력 발전기(10)에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통(50)으로 전송하는 변전소(40)에 각각 설치되어 있는 무효 전력 보상기(100)에서 수집된 전력의 전압을 측정한다(S10).
이후에는, 상기한 과정 S10을 통해 측정된 전압값을 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송한다(S12).
상기한 과정 S10에서 모선과 콜렉터 버스에 설치되는 무효 전력 보상기(100)는 수집된 전력의 전압을 측정하여 이를 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송하고, 변전소(40)에 설치되는 무효 전력 보상기(100)는 수집된 전력의 역률 및 전압을 측정하여 이를 무효 전력 보상 제어기(200)로 전송하는 것이 바람직하다.
상기한 과정 S12를 통해 무효 전력 보상기(100)가 전송한 전압값을 수신한 무효 전력 보상 제어기(200)는 무효 전력 보상기(100)로부터 수신한 전압값이 계통(50)에서 요구하는 그리드 코드를 만족하는 지를 판단한다(S14).
상기한 과정 S14에서 무효 전력 보상 제어기(200)는 변전소(40)에 설치된 무효 전력 보상기(100)로부터 역률 및 전압값을 수신하게 되는 경우에는, 수신한 역률 및 전압값이 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단한다.
상기한 과정 S14의 판단결과 수신한 전압값이 그리드 코드를 만족하지 않는 경우에는, 무효 전력을 보상하기 위해 구동 신호를 생성하여 이를 무효 전력 보상기(100)로 전송한다(S16).
상기한 과정 S16을 통해 무효 전력 보상 제어기(200)로부터 구동 신호를 수신한 무효 전력 보상기(100)는 수신한 구동 신호에 따라 무효 전력을 보상한다(S18).
상기한 과정 S18을 통해 전압값이 그리드 코드를 만족시키지 못하는 곳에 설치된 무효 전력 보상기(100)를 제어하여 무효 전력을 보상하게 되면, 무효 전력으로 인한 주파수 및 전압이 불안정해지는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 계통(50)으로 전송되는 전력의 역률 및 전압이 계통(50)에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키게 된다.
본 발명의 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 해상 풍력 발전기, 20. 모선,
30. 컬렉터 버스, 40. 변전소,
50. 계통, 100. 무효 전력 보상기,
110. 전압 측정부, 120, 230. 송신부,
130, 210. 수신부, 1 40. 무효 전력 보상부,
200. 무효 전력 보상 제어기, 220. 제어부,
240. 식별 정보 DB

Claims (7)

  1. 복수의 해상 풍력 발전기에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 상기 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 상기 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 각각 설치되어, 수집된 전력의 전압을 측정하는 무효 전력 보상기와;
    상기 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여, 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 상기 무효 전력 보상기를 제어하여 무효 전력을 보상하는 무효 전력 보상 제어기를 포함하여 이루어지는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 무효 전력 보상기는,
    수집된 전력의 전압을 측정하는 전압 측정부와;
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압값을 상기 무효 전력 보상 제어기로 전송하는 송신부와;
    상기 무효 전력 보상 제어기로부터 구동 신호를 수신하는 수신부와;
    상기 수신부를 통해 수신한 구동 신호에 따라 구동되어 무효 전력을 보상하는 무효 전력 보상부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전압 측정부는,
    상기 무효 전력 보상기가 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 설치되어 있으면, 수집된 전력의 역률 및 전압을 측정하여 이를 상기 송신부를 통해 상기 무효 전력 보상 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 무효 전력 보상 제어기는,
    상기 복수의 무효 전력 보상기로부터 측정된 전압값을 수신하는 수신부와;
    상기 수신부를 통해 어느 한 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여, 상기 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여 상기 무효 전력 보상기로 전송하는 제어부와;
    상기 제어부로부터 인가받은 구동 신호를 상기 무효 전력 보상기로 전송하는 송신부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 무효 전력 보상 제어기는,
    각각의 무효 전력 보상기에 부여된 식별 정보를 저장하고 있는 식별 정보 DB를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는,
    변전소에 설치된 무효 전력 보상기로부터 역률 및 전압값을 수신하면, 상기 역률 및 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키는 지를 판단하여, 상기 역률 및 전압값이 상기 그리드 코드를 만족시키지 못하는 경우에는 무효 전력을 보상하기 위한 구동 신호를 생성하여 상기 무효 전력 보상기로 전송하는 것을 특징으로 하는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 장치.
  7. 복수의 해상 풍력 발전기에 의해 발생한 전력을 수집하는 복수의 모선, 상기 복수의 모선으로부터 전력을 수집하는 콜렉터 버스, 상기 콜렉터 버스를 통해 유입되는 전력을 변압하여 계통으로 전송하는 변전소에 각각 설치되어 있는 무효 전력 보상기에서 수집된 전력의 전압을 측정하여 무효 전력 보상 제어기로 전송하는 과정과;
    상기 무효 전력 보상 제어기에서 상기 무효 전력 보상기로부터 수신한 전압값이 계통에서 요구하는 그리드 코드를 만족하는 지를 판단하는 과정과;
    상기 판단결과 상기 전압값이 상기 그리드 코드를 만족하지 않는 경우에는, 무효 전력을 보상하기 위해 상기 무효 전력 보상 제어기에서 상기 무효 전력 보상기로 구동 신호를 생성하여 전송하는 과정과;
    상기 무효 전력 보상 제어기로부터 상기 구동 신호를 전송받은 상기 무효 전력 보상기에서 상기 구동 신호에 따라 무효 전력을 보상하는 과정을 포함하여 이루어지는 해상 풍력 발전 시스템에서의 무효 전력 보상 방법.
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